一种叶片截面线的中弧线构造与几何特征分割方法

摘要

本发明提供一种叶片截面线的中弧线构造与几何特征分割方法，解决现有中弧线构造方法无法判断内切圆是否存在和无法处理缘头附近区域曲率剧烈变化下迭代区间选择，及几何特征分割所采用的方法无法适用于叶片缘头误差大、轮廓分布无规律、缘头曲率变化剧烈真实制造状态的问题。该方法通过遍历测量叶片求取中弧线，并基于设计缘头的几何信息，在剩余弧长与中弧线构造点增量的约束下提取圆心，再基于投影于中弧线上的圆心与设计叶片缘头处的圆弧角度对测量截面线进行分割。该方法不受叶片制造、测量等过程所引入的误差的影响，叶片在前缘与后缘区域的特征分割具有更高的精度，且适合于更多的叶片类型，为叶片几何模型重建提供更有效的参考。

说明书

技术领域

本发明属于航空发动机叶片几何建模技术领域，具体为一种叶片截面线的中弧线构造与几何特征分割方法。

背景技术

叶片作为航空发动机的关键零部件，具有外形复杂、精度要求高、制造难度大等特征，不满足设计精度要求的叶片将极大的影响发动机整体的推力性能。为此，对制造后的叶片进行几何模型重建是评价叶片制造精度、提高工艺水平的有效手段。

叶片几何模型重建一般是在测量数据的基础上通过构建叶片截面线并进行扫掠而完成的。其中，如何基于测量数据构造截面线是叶片几何模型重建技术的关键。叶片截面线由叶盆、叶背、前缘和后缘曲线组成，前缘和后缘作为截面线的缘头部分，是最重要的几何特征，并通过分离点将前缘、后缘与叶盆、叶背曲线分割。中弧线作为叶盆、叶背曲线间内切圆圆心的拟合线，是叶片截面线的骨架，是构造叶片几何模型的基础，尤其是中弧线端点处的内切圆，与几何特征分割点具有直接关系。

目前常用的中弧线构造方法一方面无法完备的解决内切圆是否存在的问题，另一方面也无法处理缘头附近区域曲率剧烈变化下迭代区间的选择问题。另外，在几何特征分割方面，无论是采用曲率变化分析方法还是缘头夹角判断法都依靠经验阈值判断，无法适用于叶片缘头误差大、轮廓分布无规律、缘头曲率变化剧烈等真实制造状态。

发明内容

为了解决现有中弧线构造方法无法判断内切圆是否存在和无法处理缘头附近区域曲率剧烈变化下迭代区间选择，以及几何特征分割所采用的方法无法适用于叶片缘头误差大、轮廓分布无规律、缘头曲率变化剧烈真实制造状态的技术问题，本发明提供了一种叶片截面线的中弧线构造与几何特征分割方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种叶片截面线的中弧线构造与几何特征分割方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1、从叶片测量数据中获取截面的缘头近似区域及缘头附近区域的离散点，形成离散点集，并通过拟合获得截面线曲线s

步骤2、计算离散点集中缘头近似区域的所有离散点在截面线曲线s

步骤3、由曲线s

若能够得到与曲线s

若否，以曲线s

步骤4、从曲线s

直至相交点p

或者，直至满足|c

步骤5、剔除内切圆c

步骤6、剔除内切圆c

步骤7、将起始构造点、第二构造点、第三构造点、……第(i-1)构造点拟合为中弧线m，将拟合圆c

步骤8、获取c

进一步地，步骤3)中，所述由曲线s

定义曲线s

第一步：对于源曲线s

第二步：对点p与q

第三步：获取曲线s

进一步地，步骤3)中，所述以曲线s

定义曲线s

第一步：对于源曲线s

第二步：对点p与q

第三步：获取曲线s

进一步地，步骤4中，所述获取曲线s

定义曲线s

第一步：对于源曲线s

第二步：对点p与q

第三步：获取曲线s

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明通过遍历测量叶片前缘或后缘区域求取中弧线，并基于设计缘头的几何信息，在剩余弧长与中弧线构造点增量的约束下提取圆心，再基于投影于中弧线上的圆心与设计叶片缘头处的圆弧角度对测量截面线进行分割。该方法不受叶片制造、测量等过程所引入的误差的影响，叶片在前缘与后缘区域的特征分割具有更高的精度，且适合于更多的叶片类型，为叶片几何模型重建提供更有效的参考。

2、本发明通过改进内切圆的迭代计算方法，提高了缘头附近区域内切圆的提取成功率与准确性，实现了缘头拟合离散点的精确提取与几何特征的高精度分割，同时具有更高的算法稳定性，适合于叶片制造后的多样化误差分布形式。

附图说明

图1为本发明叶片截面线的中弧线构造与几何特征分割方法实施例中待求测量点及其拟合的曲线示意图；

图2为本发明叶片截面线的中弧线构造与几何特征分割方法实施例中单条曲线分割为两条曲线示意图；

图3为本发明叶片截面线的中弧线构造与几何特征分割方法实施例中在曲线s

图4为本发明叶片截面线的中弧线构造与几何特征分割方法实施例中在曲线s

图5为本发明叶片截面线的中弧线构造与几何特征分割方法实施例中获取几何特征分离点示意图；

图6为本发明叶片截面线的中弧线构造与几何特征分割方法实施例中测试点法线与目标曲线存在2个交点示意图；

图7为本发明叶片截面线的中弧线构造与几何特征分割方法实施例中测试点法线与目标曲线不存在交点且计算内切圆成功示意图；

图8为本发明叶片截面线的中弧线构造与几何特征分割方法实施例中测试点法线与目标曲线不存在交点且计算内切圆失败示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

本发明实施例一种叶片截面线的中弧线构造与几何特征分割方法，本实施例中叶片测量数据点来自于蓝光扫描仪设备，该方法包括以下步骤：

步骤1、从叶片测量数据中获取截面的缘头近似区域及缘头附近区域的离散点，形成离散点集，并通过拟合获得截面线曲线s

步骤2、计算离散点集中缘头近似区域的所有离散点在截面线曲线s

步骤3、从远离缘头位置的曲线s

若能够得到与曲线s

若否，表示，曲线s

步骤4、继续遍历曲线s

直至遍历至第i个点时，内切圆c

或者，直至遍历至第i个点时，相邻内切圆圆心组成的向量满足|c

步骤5、剔除内切圆c

步骤6、剔除内切圆c

步骤7、将起始构造点、第二构造点、第三构造点、……第(i-1)构造点(即其他内切圆圆心，也就是图5中虚线框D内的所有心)拟合为中弧线m，将拟合圆c

步骤8、获取c

进一步地，步骤3中，由曲线s

以曲线s

步骤4中，获取曲线s

则内切圆的迭代计算方法，主要包括三步：

第一步：对于源曲线s

第二步：对点p与q

第三步：获取曲线s

本实施例方法是结合叶片的设计参数，通过遍历测量叶片前缘或后缘区域求取中弧线，并基于设计缘头的几何信息，在剩余弧长与中弧线构造点增量的约束下提取前缘或后缘圆心，再基于投影于中弧线上的圆心与设计叶片缘头处的圆弧角度对测量截面线进行分割。该方法不受叶片制造、测量等过程所引入的误差的影响，叶片在前缘与后缘区域的特征分割具有更高的精度，且适合于更多的叶片类型，为叶片几何模型重建提供更有效的参考。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何变形都属于本发明所要保护的技术范畴。